深松對不同種植密度下春玉米冠層光合特性及產(chǎn)量的影響

王春雷

（通遼市農(nóng)業(yè)科學研究院，內(nèi)蒙古 通遼 028015）

增加群體種植密度、構(gòu)建合理冠層結(jié)構(gòu)，是提高玉米單產(chǎn)的有效途徑[1-2]。當前北方春玉米生產(chǎn)區(qū)平均種植密度僅為60 000株/hm2，增加種植密度潛力很大。但隨著種植密度的提升，群體內(nèi)部個體間的競爭加劇，空稈率增大，果穗變小，禿尖增大，極易發(fā)生倒伏早衰[3-5]，尤其是北方春玉米主產(chǎn)區(qū)多年的連續(xù)單純滅茬旋耕，導致耕作層變淺、犁底層土壤緊實、土壤緩沖能力減弱，增加了根系下扎阻力，影響到整個植株個體的生長發(fā)育，冠層結(jié)構(gòu)的不合理性造成群體各層葉片光截獲受到限制，使中下部葉片長期處于弱光脅迫狀態(tài)，過早喪失功能引起早衰，增加了玉米旱災、倒伏、中后期營養(yǎng)不足的風險，進而影響產(chǎn)量的提高[6-7]。因此，采取合理的深松耕作措施加深耕層，改善土壤結(jié)構(gòu)特性，消除耕層障礙因子，增加作物對水分及養(yǎng)分的吸收，支撐地上部群體生長發(fā)育需求，構(gòu)建合理群體，維持后期冠層功能。充分挖掘冠層生產(chǎn)力和耕層供給力的有效措施，是實現(xiàn)玉米的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)與高效協(xié)同提高突破口[8-10]。本試驗研究了合理的深松方式與適宜的種植密度對提高春玉米群體光合特性的影響，旨在為玉米增產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗選擇在內(nèi)蒙古通遼市（42°15′N，119°15′E），地處松遼平原西端，屬中溫帶季風大陸性氣候，日照充足，四季分明，雨熱同季，年平均降雨350～400 mm，年平均氣溫7.0℃。

1.2 試驗材料與設(shè)計

以偉科702 和先玉335 兩個春玉米品種為供試材料，采用隨機區(qū)組設(shè)計，密度處理，為45 000、60 000、75 000、90 000株/hm2，并設(shè)深松（SS）和不深松（NS）兩個處理，以不深松處理為對照，其中NS1、NS2、NS3、NS4 分別代表4個密度的不深松處理，SS1、SS2、SS3、SS4為對應密度下的深松處理，3次重復，共計48個小區(qū)。每個小區(qū)種植6行，行長15.0 m，行距0.6 m，每個小區(qū)面積54.0 m2。

試驗地前茬作物為春玉米，深松在秋季收獲后結(jié)合當?shù)亟斩掃€田處理后進行，深松深度30～40 cm。試驗地播前耕層（0～20 cm）土壤養(yǎng)分狀況為：有機質(zhì)26.30 g/kg、全氮0.83 g/kg、堿解氮48.30 mg/kg、速效磷17.40 mg/kg、速效鉀78.60 mg/ kg。試驗采取拖拉機開溝施肥，人工播種。田間管理與當?shù)卮筇锓N植水平一致，播種時施N 41.04 kg/hm2、P2O5104.88 kg/hm2、K2O 45.00 kg/hm2，拔節(jié)期（8～10 葉展）一次性追施N 258.70 kg/hm2，肥料使用水平中等。

1.3 測定項目與方法

葉面積、葉面積指數(shù)（LAI）測定：分別于拔節(jié)期、大口期、吐絲期、乳熟期、成熟期選擇生長發(fā)育一致、葉片無病斑和破損的植株連續(xù)取樣5株測定葉面積。葉面積測定采用長寬系數(shù)法，單葉面積=長×寬×系數(shù)（展開葉為0.75，未展葉為0.50）；LAI=單株葉面積×單位土地面積內(nèi)株數(shù)/單位土地面積。

葉綠素含量（ChlT）測定：于吐絲期9：00—11：00時取穗位上葉、穗位葉、穗位下葉3片測定葉綠素含量，每次測3株。采用丙酮乙醇（4.5∶4.5∶1.0）法提取葉綠素，用半徑為0.4 cm 打孔器均勻取10個葉片，剪碎，放入刻度試管，加入10 mL 丙酮乙醇混合液，用塑料薄膜封口，浸提24 h，用分光光度計在645、663、470 nm 波長處測定OD值，計算葉綠素含量（ChlT）。

葉片光合特性測定：于吐絲期9：00—11：00 時用美國產(chǎn)Li-6400 型便攜式光合儀測定植株穗位上葉、穗位葉、穗位下3片葉的凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr），每次測3株。

產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測定：各小區(qū)測產(chǎn)面積為20 m2，人工脫粒后測鮮粒重和含水率，并折算成含水量為14%的產(chǎn)量。同時，調(diào)查各測產(chǎn)區(qū)內(nèi)有效穗數(shù)，并分別取10 穗考種，測定穗粒數(shù)，折算14%含水量下的千粒重。

2 結(jié)果與分析

2.1 深松對不同種植密度單株葉面積的影響

由表1可知，從拔節(jié)期到成熟期，同一品種同一處理的單株葉面積經(jīng)歷由小變大再減小的變化過程，在吐絲期時達到最大值，并且隨密度的增加單株葉面積呈下降趨勢。 通過對比分析，在密度水平一致情況下，深松處理可以有效提高單株植株的葉面積，偉科702 在吐絲期SS3 與NS3、SS4 與NS4 比較，葉面積分別增加4.24%、4.87%，深松與不深松處理的差異性均達到極顯著水平（P＜0.01）；在乳熟期SS3 與NS3、SS4 與NS4 比較，葉面積分別增加3.83%、4.44%，深松與不深松處理的差異性也達極顯著水平（P＜0.01）。SS2 與NS2 差異性在吐絲期和乳熟期時均達顯著水平（P＜0.05），葉面積分別增加3.08%、2.21%。

先玉335 在吐絲期、乳熟期、成熟期SS3 較NS3葉面積分別增加5.28%、4.79%、3.90%，增加幅度逐漸減小，差異性均達極顯著水平（P＜0.01）。SS4 與NS4 比較，在吐絲期和乳熟期時葉面積分別增加4.98%、4.40%，差異性達極顯著水平（P＜0.01），在成熟期葉面積增加2.85%，差異達顯著水平（P＜0.05），兩個品種都集中表現(xiàn)在吐絲期和乳熟期兩個高密度水平條件下深松處理與不深松處理的差異性達極顯著水平（P＜0.01），說明深松對提高植株葉面積的效果高密度水平優(yōu)于低密度水平。

表1 深松對不同種植密度春玉米單株葉面積的影響 單位：cm2

2.2 深松對不同種植密度群體葉面積指數(shù)（LAI）的影響

由表2可知，LAI 隨種植密度的增加而增大，這與單株葉面積變化規(guī)律相反，表明單位面積上的株數(shù)增加彌補了單株葉面積減小的劣勢。從整個生育期上來看，LAI 呈現(xiàn)由小變大再變小的變化規(guī)律，在吐絲期時達到最大值。偉科702 在90 000株/hm2時的大口期、吐絲期、乳熟期深松較不深松處理分別增加8.94%、10.91%、9.63%，差異均達到顯著水平（P＜0.05），其他3個密度水平深松較不深松處理的差異性均不顯著（P＞0.05）。先玉335 在75 000株/hm2時，吐絲期深松較不深松處理的LAI 增加8.92%，差異達顯著水平（P＜0.05）；在90 000株/hm2密度下的吐絲期深松較不深松處理增加10.61%，差異達極顯著水平（P＜0.01），乳熟期增加9.94%，差異達顯著水平（P＜0.05）。從2個品種深松較不深松處理差異顯著性上來看，深松對增加90 000株/hm2密度的LAI效果優(yōu)于其他3個密度水平。

2.3 深松對吐絲期葉綠素含量（ChlT）的影響

由表3可知，在吐絲期時同一處理ChlT 含量在不同層位葉上表現(xiàn)出穗位葉＞穗位上葉＞穗位下葉。深松處理下，偉科702 在穗位上葉的ChlT 含量SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度下不深松處理增加7.40%、5.29%、6.31%、4.71%；在穗位葉分別較不深松處理增加6.79%、6.46%、6.89%、3.24%；在穗位下葉分別較不深松處理增加9.00%、8.82%、5.53%、2.06%，但各深松與不深松處理間均沒有達到顯著水平（P＞0.05）。深松處理下，先玉335 在穗位上葉的ChlT 含量SS4、SS3、SS2、SS1分別較不深松處理增加8.26%、6.24%、3.58%、1.74%；在穗位葉分別較不深松處理增加7.73%、6.63%、2.95%、1.93%；在穗位下葉分別較不深松處理增加6.99%、8.19%、4.95%、1.18%，但各深松與不深松處理間也均未達到顯著水平（P＞0.05）。

表2 深松對不同種植密度春玉米LAI的影響

從對2個品種深松較不深松處理在同一層葉片增加ChlT 含量的幅度上來看，在75 000株/hm2和90 000株/hm2時增加幅度大于兩個低密度，表明在4個密度處理中，高種植密度深松效果優(yōu)于低種植密度。

2.4 深松對吐絲期凈光合速率（Pn）的影響

由表4可知，同一處理不同層位葉片Pn 均表現(xiàn)為穗位葉＞穗位上葉＞穗位下葉，在同一密度水平下深松處理的Pn 大于不深松處理。偉科702 在45 000株/hm2時深松較不深松處理的穗位下葉Pn增加0.29%，SS1 與NS1 差異不顯著（P＞0.05），其他3個密度下的深松與不深松處理間均達極顯著水平（P＜0.01）；從深松較不深松處理的3層葉片的平均增幅上來看，偉科702 各處理間SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加9.58%、9.42%、6.03%、2.52%。先玉335 在4個密度水平下的深松與不深松處理差異均達到極顯著水平（P＜0.01），各處理間SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加16.15%、10.81%、5.45%、5.26%。從2個品種各深松較不深松處理增加的Pn值幅度上看，種植密度越大深松Pn 增幅越明顯，深松效果更好。

2.5 深松對吐絲期蒸騰速率（Tr）的影響

由表5可知，不同層位葉片Tr為穗位葉＞穗位上葉＞穗位下葉，不同種植密度深松處理的Tr 大于不深松處理。偉科702 在穗位上葉除SS1 較NS1 差異顯著（P＜0.05）外，其他3個密度的深松與不深松處理達極顯著水平（P＜0.01）；在穗位葉不同種植密度深松與不深松處理達極顯著水平（P＜0.01）；在穗位下葉，SS4 較NS4 達極顯著水平（P＜0.01），SS3 較NS3、SS2 與NS2 差異性達顯著水平（P＜0.05）。從深松較不深松處理對測量的3層葉片的平均增幅上來看，偉科702 各處理間SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加5.99%、4.08%、2.89%、2.05%。

表3 深松對不同種植密度春玉米ChlT 含量的影響 單位：mg/dm2

表4 深松對不同種植密度春玉米Pn的影響 單位：μmol（/m2·s）

先玉335 在穗位上葉SS4 與NS4、SS3 與NS3 達極顯著水平（P＜0.01），其他2個密度下的深松與不深松處理差異不顯著（P＞0.05）；在穗位葉不同種植密度深松與不深松處理均達極顯著水平（P＜0.01）；在穗位下葉只有SS4 較NS4 差異顯著（P＜0.05）；從深松較不深松處理對測量的3層葉片的平均增幅上來看，先玉335 各處理間SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加7.81%、4.74%、3.19%、2.06%。綜上分析，從2個品種各深松較不深松處理增加的Tr值幅度上看，種植密度越大增幅越明顯，深松效果更好。

表5 深松對不同種植密度春玉米Tr的影響 單位：mmol（/m2·s）

2.6 深松措施對產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表6可知，深松可以提高玉米的有效穗數(shù)，偉科702 在75 000、90 000株/hm2密度水平下深松與不深松處理間差異均達極顯著水平（P＜0.01），SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加0.34%、0.32%、0.15%、0.07%；先玉335 在4個密度水平深松與不深松處理間差異均達極顯著水平（P＜0.01），SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加0.37%、0.16%、0.23%、0.27%。在穗粒數(shù)方面，偉科702 在2個高密度下的深松與不深松處理間均達顯著水平（P＜0.05），SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加8.80%、7.50%、3.43%、1.87%；先玉335 除SS1 與NS1 差異不顯著（P＞0.05）外，其他3個密度下的深松與不深松處理間均達顯著水平（P＜0.05），SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加12.58%、10.10%、9.85%、2.37%。深松可以提高玉米的千粒重，偉科702 在75 000、90 000株/hm2密度時深松與不深松差異達到顯著水平（P＜0.05），SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加16.59%、14.53%、13.59%、4.92%；先玉335 在90 000株/hm2密度時深松與不深松差異達極顯著水平（P＜0.01），在75 000株/hm2密度時達顯著水平（P＜0.05），SS4、SS3、SS2、SS1分別較相應種植密度水平下不深松處理增加21.53%、15.84%、10.37%、4.19%。

深松對不同種植密度玉米產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為，除偉科702、先玉335 在45 000株/hm2密度下的深松與不深松處理間未達到顯著水平（P＞0.05）外，其他3個種植密度下的深松與不深松處理均達極顯著差異水平（P＜0.01）。在75 000株/hm2種植密度下偉科702 深松與不深松處理均產(chǎn)量最高，且深松處理較不深松處理增產(chǎn)9.08%；先玉335 在不深松情況下在60 000株/hm2種植密度下產(chǎn)量最高，深松處理的在75 000株/hm2種植密度產(chǎn)量最高，深松處理的產(chǎn)量最高值較不深松處理最高值增產(chǎn)7.82%。在不同種植密度下深松與不深松處理按照增產(chǎn)增幅排序，兩個品種均為SS4＞SS3＞SS2＞SS1，偉科702 分別較相應密度下不深松處理增加12.69%、9.08%、4.71%、1.55%；先玉335 分別較相應密度下不深松處理增加14.57%、10.64%、5.62%、1.80%。于群體內(nèi)個體間營養(yǎng)、光照、水分等競爭加劇，群體內(nèi)中下部葉片開始衰亡，然后開始緩慢下降，從乳熟期到成熟期急劇下降的變化規(guī)律。不同種植密度下，深松處理的葉面積明顯高于不深松處理；在吐絲期時ChlT的含量在不同層位葉上表現(xiàn)出穗位葉＞穗位上葉＞穗位下葉；深松與不深松處理對比在75 000、90 000株/hm2種植密度時增加幅度大于45 000、60 000株/hm2密度的幅度，從增加ChlT 量分析，高種植密度的深松效果要好于低種植密度。在乳熟期深松對不同種植密度春玉米葉片Pn、Tr的影響均表現(xiàn)為穗位葉＞穗位上葉＞穗位下葉，隨著種植密度的增加Pn、Tr值減少，且不同種植密度下的深松處理大于相應密度的不深松處理。

表6 深松對不同種植密度春玉米產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

隨著春玉米種植密度的不斷增大，單株根系空間占有率逐漸減少，根系在橫向生長過程中相互競

3 討論與結(jié)論

作物籽粒產(chǎn)量主要取決于群體冠層的光截獲能力、光照的分布特征以及光能的轉(zhuǎn)化利用效率[11]，優(yōu)良合理群體冠層結(jié)構(gòu)是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[12]。葉片是整個玉米植株的主要光合器官，很多學者從葉片形態(tài)特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、光合速率動態(tài)特征等方面進行了深入的研究，并從葉片的光合性能各個角度進行了綜合分析，明確了葉片光合速率在物質(zhì)生產(chǎn)以及產(chǎn)量上的重要作用。由于受試驗區(qū)域氣候、地力水平、耕作方式、測定的環(huán)境條件等諸多因素的影響，試驗結(jié)果存在差異，很難做相互比較，在生產(chǎn)應用中應綜合各方面因素，結(jié)合實際做出合理的生產(chǎn)計劃方案。本試驗研究結(jié)果表明，葉面積指數(shù)動態(tài)變化呈單峰曲線變化，吐絲期達到峰值，持續(xù)一段時間以后，由爭激烈，深松打破犁底層后，為根系在縱向擴充提供生長空間[13]。深松后根系生長發(fā)育良好，能充分供應地上部所需營養(yǎng)物質(zhì)和水分，促進玉米根系與植株整體的協(xié)調(diào)發(fā)展[13]，改善了玉米群體葉片空間結(jié)構(gòu)，進而提高了葉片光能轉(zhuǎn)化利用效率，最大程度發(fā)揮品種的增產(chǎn)潛能，具體產(chǎn)量結(jié)果表現(xiàn)為偉科702 在75 000株/hm2種植密度下深松與不深松處理均產(chǎn)量最高，且深松處理較不深松處理增產(chǎn)9.08%；先玉335 在不深松情況下在60 000株/hm2密度時產(chǎn)量最高，而深松處理在75 000株/hm2密度時產(chǎn)量最高，采取深松處理的產(chǎn)量最高值較不深松處理最高值增產(chǎn)7.82%。